七氧化还原.pptx

一、氧一、氧化化数数氧化数（氧化值）氧化数（氧化值）：某元素一个原子的表观荷电数某元素一个原子的表观荷电数由原子得失电子的数目来决定的由原子得失电子的数目来决定的第1页/共76页一般情况下：一般情况下：O的氧化数：的氧化数：-2；H的氧化数：的氧化数：+1；少数例外少数例外（过氧键：（过氧键：HOOH）H2O2、Na2O2O的氧化数：的氧化数：-1；O的氧化数：的氧化数：+2OF2H的氧化数：的氧化数：-1NaH第2页/共76页氧化数氧化数升升高高（失失电子）电子）二、氧化还原反应和氧化还原电对二、氧化还原反应和氧化还原电对（一）一）氧化还原反应氧化还原反应氧化氧化氧化数氧化数降降低低（得得电子）电子）还原还原反应前后元素的氧化数反应前后元素的氧化数发生变化的反应发生变化的反应氧化还原反应氧化还原反应氧化剂氧化剂还原剂还原剂第3页/共76页2KMnO4+16HCl=2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O2KClO3=2KCl+3O2自氧化还原反应自氧化还原反应2KClO3=3KClO4+KCl歧化反应歧化反应第4页/共76页（二）（二）氧化还原半反应和氧化还原电对氧化还原半反应和氧化还原电对氧化半反应：氧化半反应：Zn+Cu2+Cu+Zn2+Zn2e-Zn2+还原半反应：还原半反应：Cu2+2e-Cu高氧化数状态高氧化数状态 氧化型氧化型低氧化数状态低氧化数状态 还原型还原型氧化还原电对：氧化还原电对：氧化型氧化型/还原型还原型Zn2+/ZnCu2+/Cu（Ox/Red）（Ox）（Red）第5页/共76页氧化还原反应的实质：氧化还原反应的实质：两个氧化还原电对之间的电子转移反应两个氧化还原电对之间的电子转移反应氧化还原半反应的通式：氧化还原半反应的通式：氧化型氧化型+ne-还原型还原型RedOx+ne-n半反应中电子转移数半反应中电子转移数第6页/共76页两种配平方法两种配平方法离子离子电子法电子法氧化数法氧化数法三、氧化还原反应方程式的配平三、氧化还原反应方程式的配平第7页/共76页原电池原电池电极电势电极电势氧化还原反应方向和限度氧化还原反应方向和限度影响电极电势的因素影响电极电势的因素电极电势的应用电极电势的应用第二节第二节电极电势和电池电动势电极电势和电池电动势 第8页/共76页一一原原电电池池（一）原电池的组成（一）原电池的组成利用氧化还原反应产生电流的装置利用氧化还原反应产生电流的装置原电池：原电池：正极负极盐桥 铜铜锌电池锌电池第9页/共76页原电池的化学反应原电池的化学反应正极：正极：负极：负极：Cu2+Cu+2eZn+2eZn2+电池反应：电池反应：Zn+CuZn2+Cu2+电池符号电池符号:(-)Zn|Zn2+(c1)|Cu2+(c2)|Cu(+)第10页/共76页每一种原电池都是由两个电极组成。每一种原电池都是由两个电极组成。盐桥盐桥Cl-K+e-电流电流（）（）（+）CuCuSO4ZnZnSO4Zn2+Cu2+第11页/共76页(-)Zn|Zn2+(c1)|Cu2+(c2)|Cu(+)电极电极相界面相界面负极负极盐桥盐桥(二二)原电池的表示方法原电池的表示方法1)用符号表示用符号表示每个电极对应一个氧化还原电对每个电极对应一个氧化还原电对Zn2+/Zn第12页/共76页1.负极：左（负极：左（-），正极：右（），正极：右（+），），双垂线双垂线表示盐桥，正负极中间。表示盐桥，正负极中间。电池符号的书写规则电池符号的书写规则2.电极中的相界面电极中的相界面用用“”分开；分开；Zn|Zn2+Pt(s)H2(100kPa)H+(a H+=1)第13页/共76页3.同一相中的不同物质之间同一相中的不同物质之间用用“，”分开；分开；4.当气体或液体不能直接和导线相连时当气体或液体不能直接和导线相连时以惰性导体（以惰性导体（铂铂或或碳碳）作电极极板）作电极极板起导电作用；起导电作用；Fe2+,Fe3+Pt|Fe2+,Fe3+第14页/共76页5.纯气体、液体和固体，纯气体、液体和固体，紧靠电极极板；紧靠电极极板；标注各物质的物理状态标注各物质的物理状态气态（气态（g）、液态（）、液态（l）、固态（）、固态（s）溶液需指出其浓度溶液需指出其浓度浓度浓度=1molL-1，可不标注；，可不标注；气体应标明压力气体应标明压力分压分压=100kPa，可不标注。，可不标注。Pt|Cl2(p),Cl-(c)第15页/共76页1、金属、金属金属离子电极金属离子电极2、气体电极、气体电极3、金属、金属金属难溶盐金属难溶盐阴离子电极阴离子电极4、氧化还原电极、氧化还原电极（三）电极（或半电池）的类型（三）电极（或半电池）的类型第16页/共76页金属板插入到此金属离子溶液中构成金属板插入到此金属离子溶液中构成锌电极：锌电极：Zn2+/Zn电极反应：电极反应：Zn2+2eZn电极符号电极符号（c）ZnZn2+银电极：银电极：Ag+/Ag电极反应：电极反应：Ag+eAg电极符号电极符号（c）Ag Ag+1.金属金属金属离子电极金属离子电极第17页/共76页电极符号电极符号将气体通入其离子的溶液中，用惰性将气体通入其离子的溶液中，用惰性导体（金属铂）作导电极板构成导体（金属铂）作导电极板构成氢电极氢电极2H+2eH2氯气电极氯气电极电极反应电极反应Cl2+2e2Cl电极符号电极符号2气体电极气体电极电极反应电极反应H+/H2Cl2/ClH+(c)H2(p)PtCl(c)Cl2(p)Pt第18页/共76页3金属金属金属难溶盐金属难溶盐阴离子电极阴离子电极将金属表面涂有金属难溶盐的固体，将金属表面涂有金属难溶盐的固体，然后浸入与该盐具有相同阴离子的然后浸入与该盐具有相同阴离子的溶液中构成溶液中构成AgAgCl电极电极电极反应电极反应AgCl+eAg+Cl电极符号电极符号AgCl/AgCl(c)Ag AgCl（S）第19页/共76页4氧化还原电极氧化还原电极将惰性导体（将惰性导体（Pt，或石墨）浸入含有，或石墨）浸入含有同一元素两种不同氧化数的离子溶液中构成。同一元素两种不同氧化数的离子溶液中构成。Fe3+/Fe2+电极：电极：电极反应：电极反应：Fe3+eFe2+电极符号电极符号：PtFe2+(c)，Fe3+(c)Cr2O72-/Cr3+电极电极电极反应：电极反应：Cr2O72-+14H+6e-2Cr3+7H2O电极符号电极符号：Pt Cr3+(c)，Cr2O72-(c)第20页/共76页任何一个氧化还原反应都可以设计成电池任何一个氧化还原反应都可以设计成电池Cl2+2Fe2+2Fe3+2Cl-正极 Cl2+2 e-2Cl-Fe2+Fe3+e-负极 电池符号电池符号|(-)PtFe2+(c1),Fe3+(c2)|Cl-(c3)|Cl2(p)Pt(+)第21页/共76页将将将将ZnZn片插入片插入片插入片插入0.5molL0.5molL-1-1ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，溶液，溶液，AgAg片插入片插入片插入片插入0.5molL0.5molL-1-1AgNOAgNO3 3溶液，用盐桥联通，构成原电池。溶液，用盐桥联通，构成原电池。溶液，用盐桥联通，构成原电池。溶液，用盐桥联通，构成原电池。a.a.a.a.写出原电池的电极反应和电池反应。写出原电池的电极反应和电池反应。写出原电池的电极反应和电池反应。写出原电池的电极反应和电池反应。b.b.b.b.写出原电池符号。写出原电池符号。写出原电池符号。写出原电池符号。（-）Zn(s)ZnZn(s)ZnZn(s)ZnZn(s)Zn2+2+2+2+(c(c(c(c1 1 1 1)Ag)Ag)Ag)Ag+(c(c(c(c2 2 2 2)Ag(s)(+)Ag(s)(+)Ag(s)(+)Ag(s)(+)第22页/共76页原原电电池池正极正极正极正极-电子流入电子流入电子流入电子流入负极负极负极负极-电子流出电子流出电子流出电子流出电池反应：电池反应：Cu2+Zn=Zn2+Cu电极反应电极反应复复 习习 （-）Zn(s)ZnZn(s)ZnZn(s)ZnZn(s)Zn2+2+2+2+(c(c(c(c1 1 1 1)Cu)Cu)Cu)Cu2+2+2+2+(c(c(c(c2 2 2 2)Cu(s)(+)Cu(s)(+)Cu(s)(+)Cu(s)(+)电池符号电池符号 第23页/共76页二二电电极极电电势势 第24页/共76页+M（S）(一一)电极电势的产生电极电势的产生+溶溶解解Mn+（aq）ne沉积沉积（留在极板上）（留在极板上）（在溶液中）（在溶液中）+金金属属极极板板金属与其盐溶液界面处金属与其盐溶液界面处产生双电层所具有的电势差产生双电层所具有的电势差单位：单位：V（伏特）（伏特）电极电势电极电势第25页/共76页M活泼活泼M不活泼不活泼溶解溶解沉积沉积沉积沉积溶解溶解-+-+-第26页/共76页1.标准氢电极标准氢电极电极反应：电极反应：电极组成：电极组成：PtH2（100kPa）H+(a=1)298.15K、(二二)标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势第27页/共76页2.标准电极电势标准电极电势在指定温度下（在指定温度下（298.15K），），溶液中各反应物浓度为溶液中各反应物浓度为1mol L-1，气体的分压为气体的分压为100kPa，液体、固体都是纯物质。液体、固体都是纯物质。标准状态：标准状态：标准电极电势标准电极电势第28页/共76页电池电动势：电池电动势：正负极之间的电势差正负极之间的电势差标准状态标准状态电极电势的测定电极电势的测定E=待测待测-已知已知第29页/共76页铜电极电极电势铜电极电极电势测定测定（）（）PtH2（100kPa）H+（1mol L-1）Cu2+（1mol L-1）Cu（+）第30页/共76页待测电极待测电极标准氢电极标准氢电极原电池原电池第31页/共76页标准电极电势表标准电极电势表(298.15K)半反应o/VNa+e-Na-2.71Zn2+2e-Zn-0.761 8Pb2+2e-Pb-0.126 22H+2e-H20.000 00Cu2+2e-Cu0.341 9O2+2H+2e-H2O20.695Cl2+2e-2Cl-1.358 27MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O1.507氧化剂的氧化能力增强 还原剂的还原能力增强 3标准电极电势表标准电极电势表第32页/共76页 (Ox/Red)(Ox/Red)代数值越大，电对中氧化型的代数值越大，电对中氧化型的氧化能力越强，其还原型的还原能力越弱；氧化能力越强，其还原型的还原能力越弱；(Ox/Red)(Ox/Red)代数值越小代数值越小,电对中电对中还原型的还原型的还原能力越强，其还原能力越强，其氧化型的氧化能力越弱。氧化型的氧化能力越弱。标准电极电势表使用说明：标准电极电势表使用说明：第33页/共76页最强的氧化剂：最强的氧化剂：最强的还原剂：最强的还原剂：最弱的氧化剂：最弱的氧化剂：最弱的还原剂：最弱的还原剂：第34页/共76页第35页/共76页标准氢电极的制作和使用都困难，标准氢电极的制作和使用都困难，常用相对稳定的甘汞电极作参比电极。常用相对稳定的甘汞电极作参比电极。标准甘汞电极标准甘汞电极:c(Cl-)=1.0 mol L-1 q q(Hg2Cl2/Hg)=0.2828 V饱和甘汞电极饱和甘汞电极:c(Cl-)=2.8 mol L-1(KCl饱和溶液)(Hg2Cl2/Hg)=0.2443 VPtHg(l)Hg2Cl2(s)Cl-(c)Hg2Cl2(s)+2e-2Hg(l)+2 Cl-(aq)第36页/共76页三、三、氧化还原反应的方向与限度氧化还原反应的方向与限度(GmEK)Gm=W最大非体积功最大非体积功 Gm=W电功电功,最大最大=-nFE 原电池原电池W最大非体积功最大非体积功=W电功电功,最大最大(一一)氧化还原反应的方向氧化还原反应的方向 第37页/共76页n：转移电子数：转移电子数E：电动势电动势，单位：，单位：VF：法拉第常数，法拉第常数，F=96485JV-1标准态时标准态时 rGom=-nFEo rGm=-nFE 用电池电动势判断氧化还原反应的自发性用电池电动势判断氧化还原反应的自发性 rGmo0反应正向自发反应正向自发 rGmo0则则Eo0反应逆向自发反应逆向自发 rGmo=0则则Eo=0反应达到平衡反应达到平衡第38页/共76页例例计算计算Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O rGom，并判断反应在标准状态下是否自发进行，并判断反应在标准状态下是否自发进行解解 o o(Cr2O72-/Cr3+)=1.232V o(Fe3+/Fe2+)=0.771V正向自发正向自发Eo=o(Cr2O72-/Cr3+)-o(Fe3+/Fe2+)=1.232V-0.771V=0.461V第39页/共76页例例:Ag+Cu 2+Cu+Ag+=0.337-0.799=-0.462V 0正向自发正向自发Eo（I2/I）（Br2/Br）能氧化Br 第63页/共76页例若溶液中MnO4 和Mn2+离子的浓度相同，当pH=6时，MnO4能否氧化I和Br?解：pH=6时，MnO4能氧化I，（MnO4/Mn2+）（I2/I）（Br2/Br）不能氧化Br。1.066V0.535V第64页/共76页选择合适的氧化剂和还原剂选择合适的氧化剂和还原剂 标准态时标准态时第65页/共76页(二二)判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的方向 标准状态：直接比较标准状态：直接比较非标准状态：用能斯特方程计算后比较非标准状态：用能斯特方程计算后比较第66页/共76页判判断断在在标标准准状状态态下下，K2Cr2O7能能否否与与HCl反应产生反应产生Cl2？Cr2O72-+14H+6e-2Cr3+7H2O Cl2 +2e-2Cl-=1.33V-1.3595V 0正向自发正向自发Eo0正向自发正向自发E 0逆向自发逆向自发E=0达到平衡达到平衡第76页/共76页